Programación de Multitareas utilizando Hilos

Programación de Multitareas
utilizando Hilos
Enero/2012
Ing. Laura Sandoval Montaño, Ing. Manuel Enrique Castañeda Castañeda
PAPIME 104911
Programación de Multitareas
utilizando Hilos
• Origen de los hilos como elementos
necesarios en la programación de
multitareas
• Multihilos en un solo procesador
• Multihilos en varios procesadores
• Implementación de hilos en diversas
plataformas y lenguajes de programación.
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Programación de Multitareas
utilizando Hilos
• Multihilos en varios procesadores.
– Hilos en .NET (Cilk++)
– Hilos en Linux
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Multihilos en varios procesadores.
• Intel Cilk++ SDK
Conjunto de herramientas, bibliotecas,
documentación y ejemplos. Se tiene tanto para
el sistema operativo Windows (32-bit) como
para Linux (32 y 64-bit)
Soporte: http://whatif.intel.com
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Multihilos en varios procesadores.
• Lenguaje Cilk++
Es una extensión del lenguaje C++ para simplificar el
desarrollo de aplicaciones que aprovechen de manera
eficiente un ambiente de varios procesadores.
Por lo regular, emplea el algoritmo divide y conquista, el
cual resuelve los problemas partiéndolos en subproblemas (tareas) que pueden ser resueltos
independientemente, para después integrar los
resultados.
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Lenguaje Cilk++
Divide y Conquista
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Multihilos en varios procesadores.
• Lenguaje Cilk++
Las tareas pueden ser implementadas en funciones separadas o
bien por iteraciones en un ciclo.
Cilk++ cuenta con palabras reservadas para identificar las funciones
o las iteraciones de un ciclo que puedan ser ejecutadas en paralelo.
El Intel Cilk++ runtime system planifica dichas tareas para
ejecutarlas de manera eficiente sobre varias unidades de
procesamiento.
Un trabajo es un hilo del sistema operativo que el planificador de
Cilk++ emplea para ejecutar una tarea definida en un programa
escrito en Cilk++
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Multihilos en varios procesadores.
• Lenguaje Cilk++
Para identificar las tareas que se pueden ejecutar en
paralelo, Cilk++ utiliza las siguientes palabras clave:
cilk_spawn llama a una función (hija) que puede ser
ejecutada en paralelo con el que la llama (padre).
cilk_sync espera a que todas las funciones hijas se
completen antes de que el padre prosiga.
cilk_for identifica un ciclo for cuyas iteraciones (todas)
se pueden hacer en paralelo.
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Ejercicio: Algoritmo de ordenamiento Quicksort
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Lenguaje Cilk++
• Ejercicio: qsort
Desde Visual Studio compilar qsort.cilk o desde la línea
de comandos: >cilkpp qsort.cilk
En la línea de comandos, ejecutar el programa: >qsort
Ejecutar nuevamente el programa indicándole al sistema
operativo el número de trabajos que ocupará:
>qsort –cilk_set_worker_count=2
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Lenguaje Cilk++
• Carrera de Datos
Ocurre cuando dos o más hilos paralelos,
acceden a la misma localidad de memoria y al
menos uno realiza una escritura.
El resultado del programa depende de qué hilo
“gana la carrera” y accede primero a la
memoria.
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Ejemplo de carrera de datos
#include <iostream>
using namespace std;
#include <cilk.h>
#include <cilkview.h>
int a = 2; // variable global, visible para todo trabajo
void Strand1( ) {
a = 1;
}
int Strand2( ) {
return a;
}
void Strand3( ) {
a = 2;
}
int cilk_main( ){
int result;
cilk_spawn Strand1( );
result = cilk_spawn Strand2( );
cilk_spawn Strand3( );
cilk_sync;
cout << "a = " << a << ", result = " << result;
return 0;
}
Lenguaje Cilk++
• Carrera de Datos
Cilk++ cuenta con un detector de carrera de datos
cilkscreen, el cual verifica si el código cuenta con este
tipo de problema.
Ejercicio:
>cilkscreen qsort 1000
Sorting 1000 integers
0.078 seconds
Sort succeeded.
No errors found by Cilkscreen
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Lenguaje Cilk++
• Medición de desempeño y escalabilidad
Con cilkview, se puede observar tanto el
desempeño como la escalabilidad de nuestro
programa.
El desempeño está dado en Speedup el cual se
calcula de acuerdo a la siguiente fórmula:
donde:
p es el número de procesadores
T1 es el tiempo de ejecución del algoritmo en forma serial
Tp es el tiempo de ejecución del del algoritmo paralelo con p procesadores
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Lenguaje Cilk++
• Medición de desempeño y escalabilidad
Para que cilkview muestre sus resultados, en el
programa se debe crear un objeto
cilk::cilkview
y llamar a los métodos
start( ), stop( ) y dump( )
Ejercicio:
>cilkview –trials all 2 -verbose qsort
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Lenguaje Cilk++
• cilk_spawn
var = cilk_spawn func(args); // func() regresa un valor
cilk_spawn func(args); // func() regresa void
• cilk_sync
Sólo espera a que terminen los hijos de la función que la
invoca. Los hijos de otras funciones no son afectadas
cilk_sync;
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Lenguaje Cilk++
• cilk_for
Al reemplazar el ciclo for serial con cilk_for,
permite ejecutar las iteraciones del ciclo de
forma paralela.
Ejemplos:
cilk_for (int i = begin; i < end; i += 2)
f(i);
cilk_for (T::iterator i(vec.begin()); i != vec.end(); ++i)
g(i);
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Lenguaje Cilk++
• cilk_for (continuación)
El compilador Cilk++ convierte el cuerpo del
ciclo a una función que es llamada de forma
recursiva usando la estrategia de divide y
conquista.
De esta forma el planificador Cilk++ proporciona
un mucho mejor desempeño.
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Lenguaje Cilk++
Diagrama que representa la ejecución de un
cilk_for de 8 iteraciones
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Lenguaje Cilk++
• cilk_for (continuación)
cilk_for divide el ciclo en “pedazos” que
contienen una o más iteraciones.
Cada pedazo se ejecuta de forma serial y se
considera como un hilo dentro del ciclo.
El máximo número de iteraciones de un
“pedazo” se le nombra tamaño de grano (grain
size)
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Lenguaje Cilk++
• cilk_for (continuación)
Para indicar el tamaño del grano se emplea el
pragma cilk_grainsize:
#pragma cilk_grainsize = expresión
Ejemplo:
#pragma cilk_grainsize = 1
cilk_for (int i=0; i<IMAX; ++i) { . . . }
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Referencias
Bibliografía:
Cilk++ Programer’s Guide
Intel Cilk++ SDK
Sitios WEB
http://whatif.intel.com
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